JPH032697A - 微粒子研磨材による配管内面に強固に付着している放射性腐食生成物及び放射性汚染物を除去する流動研磨除染法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、原子炉施設、再処理施設及び廃棄物処理施設
等（以下、原子炉等施設という）の配管内面に固着して
いる汚染物の研磨除去に関するものであって、規定流速
の加速流体と規定濃度の研磨材を混在して、大気圧、室
温条件で除染対象系統を循環することにより汚染物を除
去するとともに、除染後は循環系統液の浄化まで行うこ
とが出来る方法及び装置に関するものである。

従来の技術 従来の汚染物の除去は、供用中の原子炉等施設の除染法
が主であって、解体を前提とした除染法としては、供用
中に用いられる除染法の応用・改良型が主流であった。

これらの除染法には、■化学薬品を用いて汚染物を溶出
させる化学除染法、■氷、プラスチック、パラフィン等
の比較的低比重の固体粒子を流動することにより、機械
的に汚染物をこすり落す物理的・機械的除染法、■復水
器の伝熱管等に付着した汚染物の除去として、伝熱管内
面と内接する球状のスポンジボールによって機械的に除
去する機械的除染法等がある。

化学除染法の場合、適用する除染条件や得られる除染効
率は、除染対象配管機器系統に固着している汚染物の性
状（例えば金属酸化物中のクロム含有量）により影響を
受ける。

クロム含有量の多い汚染物の除染で、高い除染効率を得
ようとすると、性状の異なる２種類（酸化剤によりクロ
ム酸化物を溶解除去した後、還元剤により鉄、ニッケル
等の酸化物を還元溶解する）の除染液を用いることにな
るため除染工程や廃液処理工程が複雑になる。

さらに、除染後の廃液処理のために必要となる付加設備
が大きくなり、その結果、廃液処理によって発生する２
次廃棄物量が多くなる。

また、−船釣な化学除染法は、高温（８０’Ｃ〜１２０
℃）高圧（約２　ｋｇ　／　ｃ＋＋ｆ程度）となるため
、除染を行うための装置は耐圧構造となり、製作費がか
さむとともに、操作性が複雑となったり、溶出した汚染
物のほとんどがイオンとして循環系統液内に存在するこ
とから、除染後の循環系統油浄化を図る手法としてイオ
ン交換樹脂、逆浸透膜、電気透析等を利用しなければな
らない。そのため、廃液処理システム及び処理手順が複
雑となることから除染作業具の放射線被曝合が多くなる
。

物理的・機械的除染法の場合、除染後の固体粒子の回収
と容易性と流動の容易性との観点から低比重で硬度の小
さい物質を用いているため、汚染物と衝突したときの研
磨・剥離除去効果がきわめて弱く、固着していない汚染
物の除去には適用出来るが、強く固着している汚染物や
酸化皮膜の除去などには適さない除染法である。

また、除染前、除染中及び除染後の各処理工程において
、系統液の温度コントロール等を必要とするため化学除
染法の場合と同様、付加装置の操作性が複雑となる。

機械的除染法の場合は、配管口径に応じた球状のスポン
ジボールを用いるため熱交換器のような伝熱管の管数が
多くなると閉回路を形成しての循環除染が困難であると
ともに、物理的・機械的除染法の場合と同様、用いる固
体粒子が低比重で硬度の小さい海綿状のスポンジボール
であるため得られる研磨・剥離除去効果は低い。

発明が解決しようとする課題 従来の除染法の適用例の特徴として、汚染物が配管母材
近傍又は母材まで浸透した場合や高い除染効果を得たい
時には化学除染法を、汚染物が配管内面に固着せずにル
ーズに付着している場合には物理的・機械的及び機械的
除染法を適用するケースが一般的である。

しかし、化学除染法を適用した場合、汚染物（この場合
は放射性腐食生成物を指す）の性状（クロム含有量）に
よって除染条件が大きく左右されるため、画一的な除染
条件が適用できない。

また、従来の物理的・機械的除染法や機械的除染法を適
用した場合は、除染時に用いる固体粒子の流動性の優れ
たものとの観点からどうしても低い比重の固体粒子を選
択する傾向にあった。このため、固体粒子のもつ汚染物
を研磨・剥離除去する力は弱く、得られる除染効果は低
い。

従って、これらの除染法を原子炉等施設の除染に適用し
ても空間線量率の低減や定検時の作業員の被曝低減への
効果は低い。

本発明は、汚染物の性状や付着状態に影響を受けないこ
とから、除染条件を変えることなく広範囲に適用でき、
かつ、添加した研磨材が沈降しない循環流速を確保して
除染するため、研磨・剥離除去力が大きい高比重の研磨
材を用いることが出来、得られる除染効果が非常に大き
くなるとともに、除染条件によって任意の除染効果が得
られる。

さらに、除染後は、汚染物が化学除染法のようにイオン
状とならずに不溶性懸濁物として系統液中に残存するこ
とから、循環系統液の浄化は濾過捕集方式（カートリッ
ジフィルターによるン濾過）の適用で容易となる。

課題を解決するための手段 本来、除染効果の向上を図る場合に必要となる研磨材の
条件は、流動性が良く、研磨・剥離除去力が大きいこと
である。

この条件に合った研磨材は、低比重で、ある程度の硬度
と質量を有している物質となる。

しかしながら、研磨・剥離除去力の大きい比較的高い比
重の研磨材であっても沈降しないで流動すれば高い除染
効果が期待出来、その上で回収が出来れば良いことにな
る。

研磨材が沈降しないで流動するには、研磨材の比重や粒
径等によって決まってくる沈降速度（ストークスの式か
ら求めることが出来る。）以上の流速を制御・維持すれ
ば良い。

沈降速度以上の流速が容易に制御・維持出来れば多少の
高比重であっても研磨・剥離除去力の大きな研磨材材質
を選択した方が高い除染効果が得られる。

本発明では、大気圧・室温の加速流体中に規定濃度（５
ｗｔ％〜２５ｗｔ％）の研磨材（材質Ｂ４Ｃ１粒径０．
３５關〜０．８４１１１！１程度、比重２．５程度）を
添加して、循環ポンプの回転数を制御することにより４
．５　ｍ／ｓｅｃ以上の流速を有する加速流体との混合
液を作って循環することで研磨材濃度の均一化が図れる
ために高い除染効果が得られる。

また、研磨材の回収は研磨材回収装置により回収が容易
となり、最終的に系統に残存する汚染物のスラッジをン
濾過捕集方式で捕集・浄化すれば除染・研磨材回収・汚
染物捕集・系統液浄化が全て同一系統で行うことが出来
る。

これらのことから、本発明の除染法を適用した場合は、
既存の各種除染法のように温度、圧力等のコントロール
をせずに、大気圧、室温の条件で研磨材の循環流速を確
保するだけの単純な除染工程であるため、除染のために
付加する装置も少な（、高い除染効果が得られ、さらに
、除染後の廃液処理も簡単に出来ることから除染作業員
の放射線被曝量をも低減できる。

作　　用 研磨材を用いて配管内面に固着している汚染物を除去す
る流動研磨除染法は、高流速で循環する加速流体によっ
て流動する研磨材を配管内面に固着している汚染物と衝
突させることにより、汚染物を機械的に研磨・剥離除去
するメカニズムである。このメカニズムの概念を第１図
に示す。

即ち、汚染物が固着した配管１５内を加速流体１Ｂと研
磨材１７を混在した状態で規定流速以上の流速を確保す
ることにより、添加した研磨材は沈降せずに配管内を流
動し、この時の運動エネルギーの一部が配管内面に固着
している汚染物１９と衝突及び接触することによって汚
染物を除去する。

このことから、流動研磨除染法を適用した場合、汚染物
を研磨・剥離除去する力は研磨材の運動エネルギー（速
度と質量の関数）に比例する。この関係の詳細は第２図
に示す研磨除去量（汚染物の研磨量に相当）と流速との
関係から明らかである。

即ち、研磨・剥離除去される汚染物の量は研磨材流速の
べき乗に比例して増加するが、その程度は研磨材の材質
によって異なっている。

例えば、研磨材の材質で、低比重（テフロン、ポリプロ
ピレン、アクリル及び氷等）のものと比較的高い比重（
Ｂ４Ｃ，Ａｇ２Ｏ３、ＳｉＣ等）ものとを循環流速を因
子として比較すると、比重の高い研磨材のほうが研磨・
剥離除去出来る汚染物量が多くなる。

このことから、循環流速の確保・維持が出来て、研磨材
の回収が容易であれば比重の高い研磨材を選択した方が
得られる除染効果も高くなることが判る。

従って、研磨材の流速（実際には加速流体の流速に依存
する）と質量のうち、どちらをどの程度大きくしたほう
が除染効果、付加設備及び除染後の研磨材回収・液の浄
化等に効果的であるかが重要な点である。

本発明では、適度な質量（粒径１１１１以下、比重２．
５程度）を有する研磨材を用いることにより、除染効果
の向上を図ることが出来るとともに、除染後の研磨材と
汚染物との分離回収が、それらの重量差を利用して研磨
材回収装置により容易となる特徴がある。

研磨材の粒径を約１ｍ＋＋＋以下にすることにより、加
速流体を循環するに必要なポンプ仕様は、ポンプインペ
ラーとポンプケーシングの間隙が低揚程高容量の一般的
なポンプを用いることが出来るとともに、ポンプインペ
ラーとポンプケーシングの摩耗を少なくすることが出来
る。

また、このポンプの流量制御は、循環系統配管の断面積
（弁を絞ることによって生ずる配管通路の面積）を変え
ることなくポンプの回転数を制御することによって、循
環流速の制御が出来るため、循環系統中の研磨材の濃度
の均一化と研磨材のトラップ（通路断面積が小さくなる
ことによる研磨材の一時的な滞留現象）防止が容易とな
る。

従来の固体粒子を用いた除染法は、除染効果より流動性
に着目して低比重・軽質量（例えばテフロンのような樹
脂系の物質）の固体粒子や回収しないで済むような物質
（例えば氷）を用いていたため、汚染物との衝突等によ
り固体粒子の劣化・損傷が早くかつ、汚染物を研磨・剥
離除去する力が小さいことから、高い除染効果を得たい
場合には固体粒子の追加補充が必要となる。しかし、除
染後の廃棄物量（使用済となった固体粒子）が多くなる
割には期待した除染効果は得られない。

また、固体粒子を流動させるための流速制御は、°弁の
開度を手動で調整していたため、循環系統中の固体粒子
がトラップされ易くなりどうしても均一の濃度が得ずら
い。

以上のようなことから、従来の方法を原子炉等施設の除
染に適用した場合、配管内面に固着している汚染物の除
染効果は低く、除染を実施しても施設内の空間線量率の
低減効果にはあまり寄与しない。さらに、固体粒子と汚
染物との分離が困難なため、最終的に発生する２次廃棄
物量が非常に多くなる。

実施例 本発明に係る流動研磨除染法を適用する場合の循環系統
の概要を第３図に示す。

この図において、太線部を除染対象部とすると、除染対
象配管１５人口と出口に設けである既設の弁２１、２２
を閉して、除染のために設けた除染対象配管入口と出口
の弁２２．２３を開して系統を形成し、この人口弁と出
口弁の間に、研磨材を除染対象配管に供給するための研
磨材供給タンク１とエゼクタ−４から成る研磨材供給機
構、研磨材を流動させるために加速流体を高流速で流動
する循環ポンプ３、循環流速を計測する電磁流量計２４
、除染時に循環系統液の温度が上昇するのを制御する冷
却器２５、循環系統の水位調整用のサージタンク２６、
除染中における除染効果の経時変化を確認するために設
けたテストセクション部５、除染終了後に研磨材を回収
するための研磨材回収タンク１０とその附属系統から成
る研磨材回収装置と汚染物のン濾過捕集のためのカート
リッジフィルター３４を付加して除染循環系統を構成し
た。

即ち、この循環系統は、除染対象系統配管に、研磨材供
給機構（詳細は第４図参照）、循環ポンプ（流速制御機
構付き）、研磨材回収装置（詳細は第５図参照）サージ
タンク、及びカートリッジフィルター（詳細は第６図参
照）を付加して閉回路循環系統を形成する。

［除染手順コ 除染する場合は、予め全系統に液を張り、そこに、研磨
材供給機構の研磨材供給タンク１中の液と研磨材との混
合液２を循環ポンプ３の吐出圧を利用して同機構のエゼ
クタ−４を介して循環系統中に供給する。

本機構は、第４図に示すとおり、研磨材供給タンク１と
エゼクタ−４から成り、研磨材供給タンクは、加速流体
と研磨材との混合が均一になるように撹拌機が設置され
ている。研磨材と混合した液は、研磨材供給タンクの出
口弁２８をエゼクタ−セクション部に設置した連成計２
７の指示（真空圧を示している時に出口弁を開する。）
を確認しながら適宜開閉することにより、循環ポンプの
吐出圧力によってエゼクタ−を介して循環系統に供給さ
れる。

研磨材がエゼクタ−によって循環系統へ導かれる原理は
、エゼクタ−は、配管中心に循環ポンプからの加速流体
が流動するノズルと配管周方向に研磨材供給タンクの出
口配管が接続されるノズルの２つの部屋に分かれており
、高流速となる加速流体の影響を受は配管周方向のノズ
ルは真空となる。研磨材を含む混合液は、この真空度を
利用して加速流体と一緒に循環系統内へ導かれる。

除染中は、循環系統に設けたテストセクション部５に装
着した配管６の研磨量（実際には装着した配管の重量の
変化から研磨量を求める）の経時変化を観察しながら除
染対象配管の除染の進捗の程を確認する。

除染後は、弁７を閉、弁８．弁９を開として研磨材回収
装置の研磨材回収タンク１０を用いて研磨材の回収を図
る。

本装置は、第５図に示すとおり、研磨材回収タンク１０
とその附属系統から成り、高速流の加速流体と混在して
流動する研磨材は、研磨材回収タンク内で流速が低下し
、沈降速度以下となるため研磨材回収タンク底部方向に
沈降し、軽曾で微細粒子片となる汚染物片と衝突等で微
細となった研磨材片は加速流体と一緒に循環系統に戻る
。この循環を繰り返すことにより研磨材の回収が可能と
なる。

原子炉等施設を除染する場合は、２次廃棄物となる研磨
材の汚染レベルを低減して廃棄物としての処理を容易と
するため、研磨材回収タンク底部方向に沈降して研磨材
に付着している放射能レベルの高い軽量で微細粒子片あ
る汚染物片を分離する必要がある。このため、研磨材回
収タンク底部方向から上部方向に対して系統液を供給し
て微細粒子片等を浮上させながら研磨材と分離する。

研磨材の回収状況は、系統液を適宜サンプリングして、
系統液中の不溶性懸濁物濃度を測定することにより確認
する。回収した研磨材はドレン弁１１を適宜量して別容
器に収納して廃棄する。

研磨材回収後は、弁１２を閉、弁１３．弁１４を開し、
カートリッジフィルター１５を用いて系統液の浄化を行
う。

カートリッジフィルターの構造は、第６図に示すとおり
、フィルターケーシング３３とそれに内蔵されるフィル
ター３４とから成る。使用中にフィルターに目詰まり（
フィルター前後に設置した圧力計の差で判断する）が生
じた場合は、フィルターだけを交換出来る構造である。

フィルターのン濾過対象粒径は約１虜〜１０庶程度（こ
のサイズは任意に変えられる。）で廃液浄化が容易とな
る。

浄化の進捗状況は、系統液を適宜サンプリングして、系
統液中の放射能濃度と不溶性懸濁物濃度を測定しながら
確認する。

次に、除染後の研磨材の回収及び汚染物のン濾過捕集に
ついての概要を第５図に示す。

循環系統中を流速Ｖ１で流動している研磨材１７は、研
磨材回収タンク１０の入口弁８、出口弁９を開、バイパ
ス弁７を閉して循環系統に接続すると、研磨材回収タン
ク内では、研磨材が流速Ｖ２に減速（循環系統の配管口
径（研磨材回収タンク内径）することにより、研磨除去
した汚染物１８と比較して質量の大きい研磨材は沈降す
るが、軽い汚染物１８は研磨材回収タンク出口から循環
系統に戻る。

原子炉施設の除染では、沈降した研磨材とそれに付着し
ている汚染物とを分離して、研磨材の汚染程度を出来る
だけ低くし廃棄物としての処理性を容易にする必要があ
る。

この方法は、研磨材回収タンクの下方に設置した逆洗弁
３２を開し系統液を供給しながら研磨材回収タンク内の
汚染物を浮上させることによって研磨材との分離が可能
となる。

沈降した研磨材は、研磨材回収タンクのドレン弁１１を
適宜量しながら抜き取ることが出来る。

研磨材と分離した汚染物は、第６図に示すカートリッジ
フィルターの入口弁１３、出口弁１４を開し、バイパス
弁１２の開度を適宜調整することによりフィルターケー
シング３３に内蔵したフィルター３４によって一過・捕
集することが出来、この結果、系統液の浄化が容易とな
る。

［除染効果コ 以上のような除染手順により、研磨材材質Ｂ４Ｃ（研磨
材の粒径Ｑ、３５ｍｍ　〜０．８４ｍｍ）　、添加濃度
２０ｗｔ％、循環流速的５ｍ／ｓｅｃ、除染時間３５時
間の除染条件で、ＪＰＤＲ冷却水浄化系統（除染系統を
第７図に示す。）配管（材質ＳＵＳ、３０４−ロ径４０
Ａ）を除染した。その結果、除染前の配管内面に固着し
ていた放射能密度が約３．５ＸｌＯ’μＣｉ　／　Ｏｒ
１程度であったものが除染後は約４　Ｘ　ｔｏ−”μＣ
ｉ／ｃＪ程度（除染係数的９００）迄除染出来、この時
研磨除去した汚染物重量は約２５ｍｇ／ｃＩ＃と高い研
磨・剥離除去効果を得た。

適用した系統は、第７図に示すとおりＪＰＤＲ冷却水浄
化系統の配管（ＳＵＳ−３０４ＴＰ・４０Ａ）の一部で
、適用した除染条件は、研磨材材質は８４Ｃ１研磨材添
加濃度は２０ｗｔ％及び循環流速は約５ｍ／ｓｅｃで除
染時間は約３５時間を目標として除染した。

［廃液浄化］ 研磨材の回収、研磨材と汚染物の分離及び濾過捕集のう
ち研磨材の回収では、□除染前に添加したＢ４Ｃ研磨材
の約９０％が回収出来、残りの約１０％は、除染時、除
染対象部や研磨材同志の衝突等によって微細な破砕粒子
となり、除去された汚染物のスラッジと一緒にカートリ
ッジフィルターに捕集された。

発明の効果 配管内面に固着した汚染物を除去する場合、流動研磨除
染法を適用することによって、高い除染効果が得られる
とともに、添加した研磨材の回収と除染液の浄化が同一
系統システムで行える。

さらに効果的なことは、汚染物の性状や付着程度に関係
なく、大気圧、室温条件の下で、加速流体の循環流速や
除染時間の選択によって任意の除染効果が得られること
にある。

また、除染後の廃液処理は、他の汚染法と比較して簡単
な一過捕集方式で行うことが出来ることから、廃棄物の
取扱いが簡単であるとともに、除染作業員の放射線被曝
量を大きく低減できる。

このような特徴を有する本除染法は、今後、原子炉施設
、核燃料・再処理施設及び放射性廃棄物処理施設等の各
分野において広範囲に亘り適用が期待出来るものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は研磨材による配管内面に固着している汚染物を
除去するメカニズムを示す図である。 第２図は研磨材の流速と研磨・剥離除去される汚染物の
量の関係を示す図である。 第３図は流動研磨除染法を適用する場合、除染対象系統
と閉回路系を形成するための付加する設備の系統概念を
示す図である。 第４図は研磨材供給機構の構造と研磨材供給原理の概要
を示す図である。 第５図は研磨材回収装置の構造と研磨材回収の原理の概
要を示す図である。 第６図はカートリッジフィルターの構造の概要を示す図
である。 第７図は流動研磨除染法を実際に適用した時の除染循環
系統を示す図である。 １・・・研磨材供給タンク　　　２・・・混合液３・・
・循環ポンプ　　　　　　４・・・エゼクタ−５・・・
テストセクション部　　６・・・配　管７、８．９．１
１．１２．１３．１４．２８．３２・・・弁１０・・・
研磨材回収タンク　　　１５・・・除染対象配管１６・
・・加速流体　　　　　　　１７・・・研磨材１８・−
・研磨除去した汚染物 １９・・・配管に固着した汚染物 ２４・・・電磁流量計　　　　　　２５・・・冷却器２
６・・・サージタンク　　　　　２７・・・連成計３３
・・・フィルターケーシング　３４・・・フィルター会
已管１；さ還ｉした；９采均 算、２図 ＃、ａ村流達（ｍ／ｓ−ｃ　） ４５図 匿＝■困Ｉ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉施設、再処理施設及び廃棄物処理施設等の
   汚染配管・機器系統の内面に付着・堆積する放射性汚染
   物を除染するため、除染対象系統に付加装置を組み込ん
   で閉回路循環系を構成し、規定線流速４．５ｍ／ｓｅｃ
   以上の室温・大気圧の循環水流を作り、その中に規定粒
   子サイズの微粒子研磨材を規定濃度添加し、水と研磨材
   を混合した流動条件の下で、配管・機器系統の内面に固
   着している放射性腐食生成物や放射性汚染物に研磨材を
   衝突させることによって前記生成物や汚染物を研磨・剥
   離して除去することを特徴とした流動研磨除染法。
2. （２）研磨材循環流速や研磨時間を任意に設定すること
   により、除染効果のコントロールが出来ることを特徴と
   する請求項１記載の流動研磨除染法。
3. （３）除染終了後は、循環系統液に残存する研磨材と不
   溶性懸濁物となった汚染物とを重量差により容易に分離
   回収が出来る研磨材回収装置と研磨材から分離した不溶
   性懸濁物を捕集するカートリッジフィルターから成る廃
   液浄化システムとに循環系統液を通すことにより、循環
   系統液の浄化が除染と連続して行えることを特徴とした
   請求項１に記載の流動研磨除染法。
4. （４）除去される汚染物は、水に溶解するイオン成分の
   発生がほとんど無く、大部分は固体微粒子状のスラッジ
   となり、カートリッジフィルターにて容易に捕集出来る
   ことを特徴とした請求項１に記載の流動研磨除染法。
5. （５）循環系統液の浄化を図るために用いる研磨材を重
   量差により分離して回収することを特徴とした請求項３
   に記載の方法において用いられる研磨材回収装置。